TechTalk
Root server » TechTalk » FAQ Witgoed » Koelen » Werking absorptiekoelkast
Hoe ontstaat de koude?

Zowel de klassieke koelkast met compresseur als de absorptiekoelkast produceren koude door het verdampen van een vloeistof. Het effekt is vergelijkbaar met de afkoeling van een vochtige huid. Bij een compressiekoelkast veroorzaakt de plotse drukdaling het verdampen van het vloeistof in het vriesvakje. Zowel de compresseur, de drukdaling en het koken van het vloeistof produceren geluid, waardoor een compressorkoelkast niet zo aangewezen is op een slaapkamer.


Schematische voorstelling

: lees het gedeelte over de fysica van een koelkast. De moleculen waterstofgas zijn zeer licht en bieden geen weerstand als de zware moleculen amoniak uit het vloeistof ontsnappen: het is alsof er een veel lagere druk boven het vloeistof heerst, en dit bevordert de verdamping. Men zegt dat de partiële druk lager geworden is.

Bubble pump


In de praktijk

Hoe werkt een absorptiekoelkast?

Bij een absorptiekoelkast blijft de druk constant in het volledig circuit. De druk is redelijk hoog: dit is noodzakelijk om het ammoniakgas (NH3) vloeibaar te krijgen. Een absorptiekoelkast werkt met drie chemische produkten: waterstofgas, water en ammoniak. Een kleine hoeveelheid natriumchromaat Na2CrO4 dient om corrosie tegen te gaan.

In de boiler (1) wordt een ammoniakoplossing in water opgewarmd. Zuivere ammoniak verdampt uit de oplossing. Door het koken wordt ook een deel van de ammoniakoplossing meegenomen (in feite een zeer verdunde oplossing, want door de warmte verdampt nagenoeg alle ammoniak uit de oplossing).

Het water condenseert in de scheider (2) en valt terug in de boiler. De boiler heeft een speciale constructie: een dunne kookbuis in het midden (bubbelpomp) en een siphon aan de buitenkant. Het kokende ammoniakgas neemt water mee dat in de siphon terugvalt, waardoor het water naar de absorber (5) gestuwd wordt via leiding 7. Dit is goed zichtbaar op de schematische voorstelling.

In de condenser (3) wordt het hete ammoniakgas gekoeld en gaat het terug over naar de vloeibare fase. In de verdamper (4) komt het ammoniak in contact met waterstofgas. De partieële druk van het aanwezige ammoniakgas zakt (), waardoor het ammoniak gaat verdampen. Dit veroorzaakt de koeling.

Het ammoniakgas (met waterstofgas) passeert een reservoir (6) en komt terecht in de absorber (5) waar het in contact komt met water dat naar beneden druppelt (aangevoerd via leiding 7). Ammoniakgas lost op in het water en men bekomt opnieuw een geconcentreerde ammoniakoplossing dat via het reservoir naar de boiler stroomt. Boven de absorber is er enkel nog waterstofgas over, dat opnieuw gebruikt kan worden in de verdamper. De absorptie (oplossing) van ammoniak in het water zorgt ervoor dat de partiële druk in de verdamper laag blijft.

Een paar opmerkingen in verband met deze absorpsiekoelkasten:

  • Er moet een hele circulatie op gang komen (energie van de verdamping en zwaartekracht): daarom koelt het toestel pas na 30 minuten. Als de absorber warm wordt, dan is de reaktie aan de gang (absorptie produceert warmte).

  • Als warmtebron kan men zowel electriciteit of een gasvuurtje gebruiken. Bij gasverwarming is het rendement hoger dan met een generator (brandstof drijft een stroomaggregaat aan en de stroom wordt gebruikt om een compressiekoelkast aan te drijven). Het rendement van een absorptiekoelkast (als die met electriciteit gestookt wordt) is echter lager dan die van een compressorkoelkast.

  • Wegens de natuurlijke circulatie is het koelvermogen beperkt. Koelkasten voor huishoudelijk gebruik zullen nooit het label **** halen. De minimale temperatuur is ongeveer -15C. Meer stoken helpt niet, want dan is de scheiding van ammoniak en water niet meer zo perfekt en daalt het rendement.

Betrouwbaarheid en herstelling

Omdat er geen bewegende delen zijn gaat een dergelijke koelkast zeer lang mee (50 jaar oude koelkasten zijn niet ongewoon). Het rendement gaat niet achteruit omdat er geen "slijtage" is. De enige onderdelen die defekt kunnen gaan zijn de verwarmingsweerstand en thermostaat (indien de koelkast met een thermostaat uitgerust is). Indien de weerstand defekt is, is er geen verwarming achteraan (en dus ook geen koude-produktie). Het is redelijk eenvoudig de weerstand te vervangen. Bij koelkasten op gas moet men de brander jaarlijks schoonmaken.

Een oud toestel kan wel defekt gaan als metaaldeeltjes loskomen en de leidingen verstoppen. Dit gebeurt meestal na verplaatsing. Het fenomeen is dat er wel opwarming is, maar geen koeling. Men kan proberen de roestdeeltjes los te krijgen door de koelkast (uitgeschakeld!) één nacht omgekeerd te laten staan, waardoor de vloeistof omgekeerd stroomt en hopelijk de metaalpartikels meeneemt. Een paar uren wachten nadat het toestel weer recht staat. Volgens fora is dit een beproefde manier om een verstopte koelkast weer werkend te krijgen. Aangezien er geen drukopbouw is, is dit de enige mogelijkheid om de metaaldeeltjes los te krijgen.

Bijvullen van het aggregaat is nooit nodig bij dergelijke toestellen, de dikke wanden lekken nooit (als die zouden lekken, dan merk je het wel aan de ammoniakgeur). Het bijvullen wordt trouwens niet gedaan wegens de speciale apparatuur die nodig is, en die de normale installateurs niet hebben (compressie-koelkasten gebruiken totaal verschillende produkten).

Gebruik in campingwagens

Bij een hoge zomertemperatuur daalt het rendement van een absorpsiekoelkast. Een oplossing is de natuurlijke luchtcirculatie te verbeteren zodat de achterkant van de frigo niet te warm wordt. Om te beginnen kunnen de roosters verwijderd worden, dit scheelt al een paar graden in de frigo. De roosters haal je zeker best weg bij werking op gas, want dan is er extra veel warmteproduktie.

Nog beter is het gebruik van een paar computerventilatoren (12V, 100mA, dus minder dan een gloeilamp). Schakel ze in serie, want het is niet nodig dat ze op maximale snelheid werken: het maakt alleen extra lawaai en het draagt niet toe tot een betere koeling. Plaats de ventilatoren boven zodat ze de warmte wegtrekken. Ventilatoren onderaan zijn niet aangewezen omdat de zo ontstane luchtcirculatie de normale werking van het toestel kan tegenwerken.

Gebruik koudebronnen (zoals diepvriesprodukten) om de frigo koud te houden. Doe de deur niet te vaak open. 's Nachts koelt de frigo beter dan overdag: maak ervan gebruik door waterflessen 's avonds in de frigo te plaatsen (zij zullen als buffer dienen overdag). Plaats geen lauwe flessen in de frigo 's morgens, ze zullen de temperatuur doen stijgen want bij hoge temperaturen koelt de frigo bijna niet.

Als je de zonneënergie wenst te gebruiken, dan heb je een zonnepaneel van 1 vierkante meter nodig. Gebruik geen voorschakelapparatuur (bijvoorbeeld omzetting naar 220V) maar zorg ervoor dat het zonnepanneel dezelfde spanning levert als de spanning die nodig is voor de weerstand (doorgaans 12V). De spanning moet niet gestabiliseerd zijn: de weerstand zal gewoon minder of meer opwarmen. Zonnepanelen op 12V leveren geen spanning onder belasting boven de 16V: er is dus geen risico op overbelasting bij sterke zon. De koelkast zal maximaal koelen bij een felle zon en 's nachts niet werken (voorzie daarom een back-up op gas).

Gebruik in de industrie

In de industrie wordt de restwarmte van fabricageprocessen ook gebruikt om te koelen, maar omdat er pompen gebruikt worden is het koelvermogen zo hoog dat men volledige kantoorruimtes kan koelen. In dergelijke installaties kan de temperatuur tot -50C zakken. Het is dus een fabeltje dat absorptiekoelkasten nauwelijks koelen! De pompen dienen uitsluitend om de produkten rond te stuwen (het systeem is niet meer afhankelijk van de zwaartekracht).

Het procédé werd door Baltzar von Platen en Carl Munters uitgevonden. In 1923 begon begon de fabrikage van de eerste koelkasten door AB Artic, dat overgenomen werd door Electrolux in 1925.

Ook Einstein had een dergelijke koelsysteem ontworpen. Hier wordt ammoniak, water en butaangas gebruikt. Het patent werd door Electrolux gekocht om zijn eigen technologie te beschermen.